青藏高原土地沙化研究進展

陳冬冬,田麗慧,張登山,吳汪洋,2

(1.青海大學省部共建三江源生態與高原農牧業國家重點實驗室,青海 西寧 810016;2.東華理工大學地球科學學院,江西 南昌 330013)

土地沙化是指由于氣候變化及人類活動等因素所致的非沙質荒漠地區的土地退化現象[1]。這一問題嚴重制約了社會經濟的可持續發展,對生態安全構成巨大威脅。青藏高原生態環境脆弱,氣候條件惡劣,土地沙化分布廣且類型多樣。受自然恢復條件的限制,本區土地沙化的治理極具挑戰性。近幾十年來,對青藏高原土地沙化的研究相對零散,缺乏綜合性研究。因此,本研究總結了關于本區土地沙化的現狀、動態變化、驅動因素和防治工作取得的成效,可為未來在本區開展科學系統的研究和荒漠化治理提供參考。

青藏高原是中國和亞洲的江河源和生態源[2],被譽為“世界屋脊”和“地球第三極”[3],是北半球氣候變化的啟張器和調節器[4]。它不僅直接驅動中國東部和西南部氣候,對全球的氣候變化也具有敏感性、超前性和調節性[5]。青藏高原土地沙化加劇引發的自然災害可能會對社會經濟發展帶來重大影響,并對高原和人類生存環境造成連鎖反應。近 60 年來,針對青藏高原地區土地沙化的動態變化、防治措施和生態恢復實踐等領域取得了顯著的進展,包括以下幾個方面。

1 青藏高原地區土地沙化動態變化及成因

1990年以來青藏高原地區土地沙化總面積逐年減少,沙化程度總體上呈逆轉狀態,但部分區域土地沙化問題不斷出現。如黃河源區土地沙化呈先擴張后逆轉的趨勢,土地沙化面積呈增加趨勢[6]。對于土地沙化成因,學者們持有不同觀點。張煜星[7]認為,高原和高山地形對氣壓和季風環流系統的重新分配及阻擋作用,強烈的物理風化作用和鹽分積累逐漸導致土地沙化。羅磊等[8]指出氣候因子是導致青藏高原北部土地沙化的主導因素,尤其是降水時間分布的不均衡。張雪芹等[9]研究發現,不合理的土地資源開發導致了青藏高原土地沙化現象。靳鶴齡等[10,11]則發現其過程基于脆弱的生態環境和緩慢的自然荒漠化,而人類的不合理活動誘發和加劇了沙漠化的過程。青藏高原土地沙化分布廣且類型多樣,不同地區沙化成因復雜。

川西北土地沙化呈局部好轉、整體惡化的態勢[12]。沙化程度逐漸加深,擴張速度加快,潛在風險區大,治沙任務艱巨。川西北土地沙化是自然因素和人為因素綜合作用的結果,主要原因包括土壤質地、氣候變化、鼠蟲害、人口增長和超載過牧等[13,14]。若爾蓋縣是川西北地區土地沙化最嚴重的地區,自1994年以來,土地沙化和草地沙化面積持續增長,主要為輕度土地沙化,表明沙化問題尚處于初始階段,是治理的良機,但土地沙化演變存在漸變和躍變過程,治沙任務依然艱巨[15,16]。該區草原沙化面積不斷擴大,處于沙化邊緣的嚴重退化草原也呈逐年遞增的趨勢。究其原因,是自然過程和人為加速過程彼此疊加并相互反饋的結果,氣候因素起到主導作用,而人為因素則是加速沙漠化的激發因素,草地沙化主要是由過載放牧所引起的[17,18]。

西藏土地沙化主要分布于極高山和高山地貌區地形緩的地表,盡管全區沙化程度較為嚴重,但拉薩、山南地區的土地沙化面積呈下降趨勢[19]。西藏地區土地沙化由地質、氣候、人為多種因素共同驅動[20]。域內雅魯藏布江是我國最長的高原河流,近40年來,沿江地區土地沙化經歷了沙化增長趨勢明顯—快速增長—緩慢增長三個階段,土地沙化的年均遞增速率出現了極大的逆轉,表明該流域內的土地沙化得到了有效控制。這是自然與人為因素相互作用、相互激發、相互促進的結果[21]。土地沙化成因在流域不同區域有所差異,上游馬泉河流域主要受自然因素影響[22];中上游地區人為因素更為顯著[23];中游河谷區域主要受風力吹蝕驅動[24];而在中游下段,自然因素占主導地位,土地資源過度利用加劇了沙漠化的進程[25]。

青海省地處青藏高原東北部,號稱“三江之源”。青海湖流域是維系青藏高原北部生態安全、控制西部荒漠化向東蔓延、保障東部生態安全的重要生態安全屏障。本區土地沙化面積自1999年呈現波動減小的趨勢[26,27],氣候和土壤結構是影響青海湖流域土地沙化的主要因素[28]。在三江源地區, 2000年之前氣候暖干化和人為活動加劇導致土地沙化加劇,2000年之后氣候暖濕化成為改善土地沙化的主要因素[29]。

2 青藏高原土地沙化生態治理措施

高寒沙地生態治理包括物理修復、化學修復、生物修復和綜合治理措施等。物理修復措施中廣泛采用機械沙障,如在共和盆地和青海高寒沙區分別使用粘土沙障、烏柳和檉柳柳條沙障固沙技術[30,31]。在青海湖沙區1.5 m×1.5 m規格的麥草方格防風固沙效果最佳[32],盡管尼龍袋沙障效果更好[33],但其不易降解且易造成環境污染。在若爾蓋地區,生態毯及生態毯與高山柳混合模式是治理沙化草地的主要措施[34]。

生物修復技術可以提供土壤質量,增加土壤團聚體和有機質含量,改善水分保持能力、肥力和生產力。在高寒沙地治理中,選擇適應低溫和水分脅迫的植物,如沙棘、烏柳、高山柳、樟子松、小葉楊等。生物沙障以混合草本帶播和撒播種植模式在高寒沙化治理中效果最佳[35]?；瘜W治沙可以改良沙土質地和理化性質,提升沙地的水分保持能力,達到防沙固沙效果[36]。研究發現噴涂W-OH固沙劑保水效果良好[37],化學固沙處理+溝處理可以顯著改善沙丘內地溫、土壤含水量和植被個體數[38]。納米TiO2改性P(VAc/BA)乳液成本低廉,使用便捷且環境友好,適宜在高寒沙地推廣[39]。此外,田間施用秸稈顆粒改良劑可以增加土壤氮素含量[40]。 盡管化學治沙和土壤改良劑是可以有效解決土地沙化問題,但修復周期較長,研發費用高,且易發環境污染,應用較少[41]。以植物為主體,將生物、機械和化學等多種手段相結合的綜合治理模式已成為我國防治沙漠化趨勢[42]。如在青海湖地區,引入種植小麥(TriticumaestivumL.)、青稞(HordeumvulgareL.var.nudumHook.f.)、燕麥(AvenasativaL.)和多年生草本沙障的新技術、新方法[43]。在川西北地區,構建了“生物沙障固沙+叢植灌木+混播草種”等多種重度沙化土地的生態治理恢復模式[44]。綜合治理需因地制宜,結合多種方法,同時需要加強研究和創新,提高治理的效率和水平。

3 青藏高原沙化治理中存在的問題

3.1 基礎資料不全,區域研究薄弱

20世紀90年代以來,學者們對青藏高原的土地沙化問題展開研究,然而與其他地區相比,該地區的研究仍相對較少且分散、深度也不夠。這是由于青藏高原地域幅員遼闊、海拔高差大、地形復雜,氣象站的空間觀測能力嚴重不足,基礎數據的收集不夠全面,且大多數據不對外共享。因此,加強數據收集和共享,應用遙感技術,采用多學科交叉的方法,結合野外長期觀測試驗和室內試驗模擬分析,建立科學公認的監測評價體系和預測模型,形成一套多種研究方法相耦合且完整的土地沙化研究體系,為青藏高原的生態環境保護和土地沙漠化治理提供科學依據和決策支持。

3.2 生態修復技術體系不完備

目前,防沙治沙技術的研究與推廣處于探索階段,缺乏系統的技術標準和評價體系。生態恢復工程選址、樹種選擇、治理模式等問題缺乏詳細的研究,基層技術力量薄弱,難以實現精準治沙。治沙資金緊缺,治理工程和措施后續的保障和鞏固困難重重。雖然已治理地區的植被逐漸恢復,但穩定性較差,易發生反彈。此外,治理與破壞現象同時存在,形成了治理—破壞—治理的惡性循環。

傳統固沙材料具有一定效果,但使用年限短、運輸成本高、施工難度大。新技術和新材料為土地沙化治理帶來機遇,但成本高,專業性強,不適宜大規模推廣,且在應用中存在銜接難題。沙漠化防治項目主要依賴國家撥款投資,科技含量低,技術不成熟,產業模式單一,重經濟而輕生態。因此,需積極探索適宜的生態農業建設模式,構建多元主體協同治沙模式。未來應重點關注低成本、綠色且使用便捷的固沙技術的產業化和生產標準化,提高技術的應用效果。

3.3 生態環境脆弱,生態限制因子局限

青藏高原地區屬我國生態環境典型脆弱區,地形和水資源的限制導致沙化程度嚴重,加之氣候惡劣,土壤貧瘠和低植被覆蓋率,易受風沙侵蝕,且難以恢復。氣候條件和沙化類型的多樣性,以及立地條件和沙化成因的復雜性,決定了沙化治理的艱巨性。在青藏高原氣候暖濕化背景下,要充分考慮氣候變化的影響,未來草地退化、生態安全和水資源短缺的潛在風險可能逐步增加。然而,暖濕化對植被生長和恢復有積極意義,且青藏高原地區湖泊面積整體擴張,多數河川徑流量增加。沙化地區水資源彌足珍貴,未來應重點關注水資源的時空分布和承載能力,堅持以水定治、量水而行的科學治沙措施,加快植被恢復。

4 青藏高原土地沙化治理展望

近年來,青藏高原土地沙化的相關研究取得較多成果,但土地沙化局部好轉,整體惡化的趨勢仍未改變。植被在土地沙化恢復方面起著重要作用,其選擇十分關鍵。沙區植被系統生態水文過程對植被的組成、格局、演替有深遠影響,闡明影響植被格局及動態的生態水文機理是沙區植被建設與固沙植被穩定性維持的重要研究內容和方向之一,需深入探究[45]。

遙感技術的發展推動土地沙化監測和土地沙化信息提取方面取得新突破,監測技術和分類精度進一步提高。研究土地沙化區域水土資源承載能力和土地合理利用方式, 探討環境容忍量和土地利用安全格局,利用馬爾可夫(Markov)、土地利用變化及效應等模型預測土地沙化發展趨勢,確定重點治理區域,制定土地沙化綜合防治區劃,根據土地沙化敏感性因子和驅動因子,制定防治措施,建立土地沙化生態系統分析和評價的評估指標體系將是未來的重點工作。

土地沙化治理方面,需克服水資源和成本等限制,突破節水型、低成本和易操作的瓶頸,尋求高效的施工方法,結合其他固沙措施,形成多種模式相結合的綜合治沙模式,以綠色環保技術為發展方向。

此外,發展沙產業也尤為重要。下一步需要結合經濟學、沙漠生態學和高新技術等,將沙漠治理和經濟發展相結合,積極探索、開發和推廣適宜的生態農業建設模式,走生態經濟發展模式,構建多元主體協同治沙模式,科學、合理、有序開發利用沙區生態產業,以防沙治沙誘導沙產業的開發,借發展沙產業促進防沙治沙工作發展和防治沙化科技成果轉化,以提高防治沙漠化工作的整體效能。除了繼續推進土地沙化動態變化、成因分析、治理對策等熱點的研究,我們還應在風沙物理與沙漠環境、恢復生態學等基礎研究領域開辟新的研究方向[46]。